白鶴灘水電站泄洪洞不良地質(zhì)條件下錨索灌漿技術(shù)研究

(中國水利水電第五工程局有限公司，成都，610066)

1 工程概況

白鶴灘水電站泄洪洞出口位于白鶴灘水電站1#、2#自然沖溝之間，分布高程867m～594m，總開挖高度273m，順?biāo)鞣较蚍植奸L度約400m，垂直于水流方向開挖寬度約240m，邊坡自上而下分層開挖，開挖坡度1∶0.2～1∶1.0，從上往下分別布置13級馬道，馬道寬度2m～6m。

泄洪洞出口邊坡開挖后揭露的圍巖主要為Ⅲ2類及Ⅳ類，Ⅳ類圍巖巖體特別破碎，開挖后邊坡自穩(wěn)能力差，短時(shí)間內(nèi)，邊坡裂隙就普遍張開，松動卸荷增強(qiáng)，為確保邊坡穩(wěn)定及施工期、運(yùn)營期安全，邊坡采用小噸位密錨索進(jìn)行支護(hù)，錨索間排距一般為5m×5m，通過錨索的張拉，保證巖體整體的穩(wěn)固，且要求及時(shí)快速進(jìn)行支護(hù)。預(yù)應(yīng)力錨索前期施工時(shí)，采用常規(guī)方法灌漿，多束錨索灌漿消耗干水泥量超過40t，其錨索灌漿量特別巨大，錨索灌漿用時(shí)特別長，對邊坡穩(wěn)定及開挖支護(hù)進(jìn)度造成嚴(yán)重影響。因此，必須采取一定的工程技術(shù)措施對錨索超灌進(jìn)行控制。

2 常規(guī)錨索灌漿工藝

預(yù)應(yīng)力錨索根據(jù)鋼絞線類型分為粘結(jié)型錨索和無粘結(jié)錨索兩大類。粘結(jié)型預(yù)應(yīng)力錨索灌漿分錨固段灌漿與張拉段灌漿兩部分，錨索結(jié)構(gòu)見圖1，錨固段與張拉段采用止?jié){包進(jìn)行分隔，錨固段灌漿在錨索入孔后即可進(jìn)行，張拉段灌漿則在錨索張拉鎖定后進(jìn)行。無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索錨固段及自由段采用一次性灌漿完成。無論哪一種錨索灌漿，漿液均需通過索體內(nèi)安裝的灌漿管進(jìn)入灌漿孔底，直至回漿管返漿，灌漿量大于理論吸漿量；進(jìn)、排漿量比重一致，孔內(nèi)不再吸漿才可結(jié)束，該方法為常規(guī)灌漿方法。

圖1 粘結(jié)型預(yù)應(yīng)力錨索灌漿剖面

3 超灌漿控制措施及工藝

預(yù)應(yīng)力錨索自由段的圍巖表現(xiàn)為松弛、破碎、完整性差，以強(qiáng)卸荷、節(jié)理裂隙發(fā)育為主，邊坡自穩(wěn)能力差，因此，造成錨索自由段串漿、漏漿嚴(yán)重。錨固段則處于穩(wěn)定、完整的巖體內(nèi)，若錨固段巖石為不良地質(zhì)體，則必須進(jìn)行加深或固結(jié)灌漿處理，因此，可認(rèn)為錨索在錨固段不漏漿或少漏漿。因此，減少錨索超灌的關(guān)鍵是減少錨索自由段灌漿量。

對于錨索來說，錨固段灌漿質(zhì)量控制要求極其嚴(yán)格，而相對來說，自由段灌漿主要對鋼絞線起到保護(hù)作用，自由段灌漿的重要性低于錨固段，因此，減少超灌漿量的關(guān)鍵是將錨固段和自由段采用不同的措施分別進(jìn)行灌漿。

3.1 操作工藝

在錨固段后方設(shè)置紡錘形止?jié){包，止?jié){包由土工布與鋼絞線緊密纏繞而成，止?jié){包安裝完成后的外徑與鉆孔孔壁間的間隔為5mm～10mm，止?jié){包結(jié)構(gòu)見圖2。錨索結(jié)構(gòu)中的灌漿管通過止?jié){包區(qū)域后進(jìn)入到索體最前端，且灌漿管在止?jié){包區(qū)域中留有一契形開口，用來為止?jié){包進(jìn)行充漿膨脹以封閉孔道。索體結(jié)構(gòu)中的回漿管由兩根管套接而成，且具有雙重作用。當(dāng)進(jìn)行錨固段灌漿時(shí)，該管主要用來排氣及孔內(nèi)稀漿和雜質(zhì)，主要起回漿管作用；當(dāng)進(jìn)行自由段灌漿時(shí)，在孔外拉拔該管，使回漿管的外部管從套接管中拔出，從而起到灌漿管的作用，漿液通過該管進(jìn)入到自由段后慢慢從孔口涌出，直至孔口返出濃漿。

灌漿時(shí)先從灌漿管灌入稀漿，待漿液將止?jié){包充漿完成膨脹封閉孔壁后再換用濃漿進(jìn)行錨固段灌漿，灌漿過程中，錨固段中的空氣及稀漿通過回漿管排出，當(dāng)回漿管返出漿液濃度與灌漿漿液濃度一致時(shí)，結(jié)束錨固段灌漿，并立即將回漿管的外部管從套接管中拔出。

圖2 止?jié){包錨索剖面

3.2 造孔階段采取的措施

在錨索造孔階段，根據(jù)錨索造孔情況，若孔口不返風(fēng)、不返渣，說明孔內(nèi)有裂隙，則采用M25砂漿進(jìn)行固壁灌漿，特別是在錨固段有裂隙時(shí)，應(yīng)預(yù)先進(jìn)行固壁灌漿，固壁灌漿可采用水泥砂漿添加速凝劑及水泥-水玻璃雙液快漿進(jìn)行封閉錨固段裂隙。

3.3 灌漿階段采取的措施及工藝

自由段灌漿采用敞口灌漿的方式進(jìn)行，根據(jù)不同的地質(zhì)情況采取不同的施工工藝及材料，具體如下：

(1)當(dāng)自由段巖體地質(zhì)情況不是很差，裂隙、節(jié)理發(fā)育較小，巖體破碎程度低，自由段灌漿采用純水泥漿，灌漿過程主要采用限流、限壓及間歇灌漿的方法進(jìn)行。

操作工藝：控制灌漿流量為10L/min～15L/min，灌漿進(jìn)漿壓力<0.1MPa，并且每灌注10min后間歇10min，直至孔口返出濃漿后即可結(jié)束。

(2)當(dāng)自由段裂隙發(fā)育較多，節(jié)理張開度較大，按照以上方法進(jìn)行控制灌漿后，灌漿單耗大于200kg/m時(shí)，孔口仍未返漿，將灌注純水泥漿調(diào)整為灌注水泥砂漿，直至孔口返漿，砂漿標(biāo)號要求不低于M735。在灌注砂漿過程中，可根據(jù)實(shí)際情況分別采取限流、限壓及間歇的方法控制超灌漿量。灌注砂漿應(yīng)采用專用砂漿泵進(jìn)行施工，砂漿配合比應(yīng)通過試驗(yàn)室配比試驗(yàn)獲得。砂漿所用的砂應(yīng)質(zhì)地堅(jiān)硬，粒徑不宜大于2.5mm，細(xì)度模數(shù)不宜大于2.0，含泥量應(yīng)小于1%，要求漿液3h后的泌水率控制在2%，泌水應(yīng)在24h內(nèi)全部被漿體吸收。

(3)當(dāng)自由段裂隙發(fā)育很多，節(jié)理張開度很大，巖體非常破損且裂隙串通度很好時(shí)，采用以上兩種方法進(jìn)行灌注，無法在短時(shí)間內(nèi)完成灌漿施工，灌注的漿液將通過裂隙全部滲透到巖層中，無法充填錨索孔道，造成漿液大量浪費(fèi)。此時(shí)，可將灌漿材料由水泥漿或者水泥砂漿調(diào)整為水泥-水玻璃雙液快漿進(jìn)行施工。雙液快漿配合比應(yīng)通過試驗(yàn)室配比試驗(yàn)獲得，確保初凝時(shí)間滿足灌漿工藝時(shí)間要求，防止出現(xiàn)灌漿質(zhì)量缺陷。

操作工藝：采用該工藝灌漿時(shí)，應(yīng)布置兩根進(jìn)漿管，一根用于灌注水泥漿液，另一根灌注水玻璃，兩根管子應(yīng)能在孔內(nèi)向外移動，在水泥-水玻璃灌漿時(shí)，由于水泥-水玻璃在孔內(nèi)相遇后快速凝結(jié)，為防止水泥灌漿管與水玻璃灌漿管堵塞，應(yīng)根據(jù)灌漿速度，向孔外同時(shí)同步拉拔兩根灌漿管，裂隙部位灌漿通過后，采用水泥漿管進(jìn)行常規(guī)灌漿，施工方法見圖3。

圖3 水泥-水玻璃雙液快漿措施錨索示意

(4)當(dāng)自由段裂隙發(fā)育及節(jié)理張開度特別巨大，巖體特別破損，甚至出現(xiàn)空腔時(shí)，此時(shí)可采用自由段索體外端包裹土工布，防止?jié){液大量進(jìn)入巖層，或在造孔階段采用跟管造孔，跟管不取出，在灌漿時(shí)漿液僅充填錨索自由段或錨索跟管，形成包裹體，而此時(shí)，漿液將無法進(jìn)入巖體中，有效地增加了錨索的錨固力，保證了邊坡的施工安全。

操作工藝：

①錨固段包裹土工布措施：該工藝錨固段灌漿與前面方法一致，錨固段灌漿完成，拉拔錨固段回漿管，使回漿管變?yōu)樽杂啥蔚墓酀{管，灌漿時(shí)漿液僅充填索體與外包土工布套筒之間的間隙，直至漿液充填密實(shí)土工布膨脹后緊密貼緊孔壁。自由段外包土工布套筒在未充填漿液前與孔壁的間隙一般控制在1cm～2cm，土工布套筒包裹必須嚴(yán)實(shí)及緊密，確保索體安裝時(shí)能順利進(jìn)入孔道且準(zhǔn)確安裝到位。土工布應(yīng)采用防磨耐沖擊土工布，防止在下索時(shí)與巖壁摩擦造成土工布破損。

②采用跟管造孔措施：在造孔階段，根據(jù)造孔記錄，判斷巖層地質(zhì)情況，當(dāng)自由段裂隙發(fā)育及節(jié)理張開度特別巨大，巖體特別破損，甚至出現(xiàn)空腔時(shí)，采用跟管鉆機(jī)進(jìn)行跟管造孔，跟管長度僅為自由段長度。在灌漿階段，錨固段灌漿與前面方法一致，自由段灌漿時(shí)漿液僅充填索體與跟管套筒之間的間隙，直至漿液充填密實(shí)索體與跟管管壁間的空隙，具體措施見圖4。

圖4 包裹土工布措施示意

4 結(jié)語

白鶴灘水電站泄洪洞出口邊坡錨索造孔及灌漿采用以上工程工藝措施后，錨索灌漿量根據(jù)前期造孔、灌漿用時(shí)及灌漿量統(tǒng)計(jì)，平均造孔灌漿用時(shí)減少1/4，灌漿量減少1/4；經(jīng)錨索張拉，所有錨索伸長值均滿足理論伸長值95%～110%的要求，未出現(xiàn)任何質(zhì)量問題；對于破碎巖體區(qū)域達(dá)到了及時(shí)快速進(jìn)行支護(hù)的目的，確保了邊坡穩(wěn)定，且大大減少了工程投資。